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Cérebro humano tem mapa 3D completo

O projeto ‘BigBrain’ gerou um atlas de 10 trilhões de bytes de anatomia cerebral

nstituto Neurológico de Montreal, Universidade McGill
Pesquisadores usaram uma ferramenta especial chamada de micrótomo para cortar em fatias um cérebro humano preservado em parafina e mapear sua estrutura anatômica com alta resolução.

Por Helen Shen e revista Nature

Um grupo internacional de cientistas fatiou, criou imagens e analisou o cérebro de uma mulher de 65 anos para criar o mapa mais detalhado de um cérebro humano completo até o momento (veja o vídeo no final). O atlas, chamado de ‘BigBrain’, mostra a organização de neurônios com precisão microscópica, o que poderia ajudar a esclarecer ou até redefinir a estrutura de regiões cerebrais obtidas a partir estudos anatômicos com décadas de idade.

“A qualidade desses mapas é análoga à que cartógrafos da Terra ofereciam como suas melhores versões no século 17”, compara David Van Essen, neurobiólogo da Washington University em St Louis, no Missouri, que não se envolveu no estudo. De acordo comele, esse conjunto novo e melhorado de guias poderiam permitir que pesquisadores fundissem tipos diferentes de dados – como a expressão genética, neuroanatomia e atividade neural, mais precisamente em regiões específicas do cérebro.

O cérebro é composto de uma rede heterogênea de neurônios de tamanhos diferentes, e com formas que variam de triangular a redondo, agrupados de maneira mais ou menos rígida em áreas diferentes. O BigBrain revela variações na distribuição neural nas camadas do córtex cerebral e ao longo de regiões cerebrais – diferenças que, acredita-se, estão relacionadas com diferentes unidades funcionais.

O atlas foi compilado a partir de 7400 fatias cerebrais, cada uma mais fina que um cabelo humano. Para criar imagens das secções por microscópio foram necessárias mil horas e a geração de um trilhão de bytes de dados. Supercomputadores no Canadá e na Alemanha ficaram rodando durante anos para reconstruir um volume tridimensional das imagens, e a correção de rasgos e dobras em folhas individuais de tecido.

Os pesquisadores descreveram seus resultados na Science de 20 de junho, e tornarão todo o conjunto de dados disponível online. Ele mostra o cérebro em uma resolução de 20 micrômetros – 50 vezes maior que a resolução típica de 1 milímetro de atlas baseados em varreduras cerebrais completas.

“Isso muda completamente as coisas em se tratando de nossa capacidade de discriminar propriedades estruturais e fisiológicas finas do cérebro humano”, observou Alan Evans , coautor do estudo e neurologista do Instituto Neurológico Montreal, da McGill University, no Canadá, em uma conferência de imprensa em 19 de junho.

“A qualidade parece muito alta”, elogia Christof Koch, diretor científico do Instituto Allen para Ciência Cerebral em Seattle, Washington. O Instituto Allen mantém seu próprio atlas do cérebro humano, que fornece dados estruturais a uma resolução levemente mais baixa que a do último estudo, mas inclui anotações extensas e mapas de expressão gênica.

Mapa de pesquisa

O BigBrain é parte do Human Brain Project, uma iniciativa européia de 10 anos e um bilhão de euros para criar uma simulação em supercomputador do cérebro humano. O conhecimento detalhado de aglomerados neuronais poderia ajudar a determinar parâmetros realistas para a simulação, explica Katrin Amunts, neurocientista da Universidade Heinrich Heine, em Düsseldorf, na Alemanha.

Apesar de o atlas mostrar dados do cérebro de apenas uma pessoa, ele é um ponto inicial importante para interpretar dados de outros cérebros no futuro, adiciona Van Essen, que compara o BigBrain ao sequenciamento do primeiro genoma humano. “Conseguir um mapa realmente preciso de um indivíduo é, acredito, algo muito valioso”, declara ele. 

 

O atlas servirá de referência para outros conjuntos de dados, e a equipe do BigBrain pretende trabalhar com o Instituto Cerebral Allen para conectar informações de suas duas bases de dados. 

Empurrão computadorizado

Desde que o projeto BigBrain começou em 2003, a tecnologia avançou para permitir que pesquisadores examinassem seções cerebrais com uma resolução de um micrõmetro. Mas completar outro atlas em uma resolução tão alta criaria cerca de 20 mil trilhões de bytes de dados – mais do que os mais avançados computadores da atualidade poderiam processar com eficiência, observa Amunts.

“A tecnologia continua a crescer rapidamente”, observa Sean Hill, diretor executivo da Instalação Internacional de Coordenação de Neuroinformática em Estocolmo. Mas ele aponta que o problema da administração e processamento de dados exigirá mais recursos e atenção conforme a neurociência avançar na direção de grandes conjuntos de dados. “Esse é um exemplo de algo que só vai aumentar em frequência”, conclui Hill.

De acordo com Amunts, a equipe já está trabalhando para mapear o “cérebro número 2”.

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 20 de junho de 2013.

 

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